乌鲁木齐水资源合理配置的地下水开发利用

古丽孜巴·艾尼

（新疆维吾尔自治区水资源中心,新疆 乌鲁木齐 830001）

1 区域概况

新疆乌鲁木齐地区地势为西北高、东南低,整体呈现倾斜趋势,区域总面积为25.7×104hm2,其中耕地面积为4.2×104hm2,境内径流开都河、黄水沟水系；2018 年区域平原灌溉区地下水开采量为6.8×107m3,包括农业灌溉水开采4.4×107m3、生产生活用水开采2.4×107m3。区域水文地质主要为砂砾石,61%面积地下水埋藏深度为1 m～3 m；区域内大面积土壤存在次生盐渍化的情况；区域仍在使用的斗渠、农渠数量较少,因此对灌溉水的排泄造成一定的影响,导致土壤次生盐渍化的加剧。乌鲁木齐市是一个资源型缺水的城市,多年平均降水量在256 mm,而年蒸发量在2800 mm以上。乌鲁木齐市地表水资源主要产于两大山区,其中南山山区年产水量5.27×108m3,占全市总产水量的52.4%,东部博格达山山区年产水量4.18×108m3,占全市总产水量的41.6%,南山矿区的阿拉沟行政区内也有少量产水,年产水量0.61×108m3,占全市总产水量的6%。

2 供需水预测及水量平衡分析

本文以2018 年作为基准,分别制定2025 年及2030 年为中、长期规划年,针对区域中各需水部门使用指标定额法进行供需水量平衡的预测分析。

2.1 区域需水量预测分析

根据区域中的实际情况将需水部门划分为生活、生产、生态需水,并以本区域统计年鉴数据作为基础、以中长期发展规划作为需求,对农业畜牧业、种植业结构以及灌溉制度进行合理的调整以及预测。

由表1可以发现2018 年～2030 年该区域的经济以及总需水量呈现增长趋势,随着区域内人口的增长,生活需水呈增长趋势。通过对区域中长期进行农业种植产业结构以及灌溉模式的调整,农业需水比例由2018 年的86.0%分别下降到80.4%（2025 年）、63.8%（2030 年）；生产用水比例由2018 年的7.9%分别上升到13.5%（2025年）、27.6%（2030 年）；生态用水比例由2018 年的4.9%变化为4.4%（2025 年）、6.6%（2030 年）

表1 区域总需水量预测数值以及基准年、规划年需水比例

2.2 区域供水分析

根据区域内水文气象站开都河、黄水沟两大径流资料（1961年～1970年）计算出年均流量频率,并分别计算P=50%、P=75%时设计洪水的偏差系数CV及变差系数CS：开都河CV=0.15/0.15、CS=2.07/2.08；黄水沟CV=0.27/0.27、CS=0.58/0.43。利用同倍比法进行典型年月流量的分析可获取到区域月径流量分配结果（表2）。

表2 年径流量分配情况

2.3 区域水量平衡分析

根据区域内基准年以及规划年的水资源供需平衡情况（如表3所示）,分别以50%、75%来水频率分析区域在不考虑水质条件下的缺水情况：区域在平水年及枯水年均存在缺水的情况,并且呈上升趋势,缺水月份为4月～8月,2018年、2025年的缺水频率低于10%（轻度缺水）,而随着经济的发展到达远期规划年后缺水的情况将会变得较为严重,因此针对地下水的开采应采用科学、合理的方式。

表3 区域供需水量平衡分析

3 水资源均衡及可开采量分析

3.1 地下水资源均衡

3.1.1 地下水补给分析

（1）降水入渗补给量Q降水计算方式为：

式中：表示计算区域降水入渗补给系数；P表示计算区域有效降水量,mm；F表示计算区域面积,km2。

（2）渠系渗漏补给量Q渠系计算方式为：

式中：γ'表示渗漏修正系数；γ''表示渠系防渗修正系数；n干支表示干支渠渠系有效利用系数；Q渠首引表示渠首引水量,m3。

（3）渠灌田间入渗补给量Q渠灌计算方式为：

式中：Q渠灌表示田间水入渗补给量,m3；β表示渠灌田间的入渗补给系数；Q渠田表示渠灌水进入田间的水量,m3。

（4）库塘渗漏补给量Q库补计算方式为：

式中：K表示库塘剖面位置河道渗透系数,m/d；A'表示单位长度垂直于地下水流向的剖面面积,m2/m；L表示河道剖面距区域的有效距离,m；T表示河段过水时间,d；J表示水力比降。

3.1.2 地下水排泄

（1）潜水蒸发量Q蒸发计算方式为：

式中：Q0表示水面蒸发量,mm；C表示裸地条件下潜水蒸发系数；K'表示植被状况修正系数。

（2）人工实际开采量Q开采按照区域多年浅层的实际开采量18552×104m3。

由公式（7）～式（11）进行水均衡方程中得到：

利用公式（6）可得到区域中平水年（P=50%）、较枯年（P=75%）的地下水均衡参数（表4）。

表4 地下水量均衡参数

由表4可知,研究区域地下水总补给量高于总排泄量,其差值便为地下水储存量,多年地下水量趋势较为平衡。

3.2 地下水可开采量

根据上述对研究区域规划年的需水分析显示,通过采用调整农业作物种植结构、种植模式等方式可降低农业需水,但经济的发展势必造成工业需水的增加,因此,地下水的开采需能够满足生产、生活的需求。研究区域地下水开采及超采情况见表5。

表5 地下水开采量及超采情况分析

由表5可知,研究区域2025年的缺水量均在可开采范围内,而2030年在P=75%的情况下无法满足需水量,将会发生超采,因此需要针对此情况提出合理的方案。

4 结语

根据研究区域实际情况以及上述分析出发,并采用“以需养供”的方式为原则,设置区域缺水月为4月～8月,由区域中平均潜水埋深可得到可调节地下水位变幅为1.2 m～2.0 m,结合式（12）获取区域年均的地下水开采量范围在2.47×108m3～2.47×108m3。以区域生活、生态需水比的增长情况制定出地下水持续开采方案（表6）。

表6 研究区域地下水持续开采方案

上述方案中随着开采量的增加,潜水的埋藏深度将逐渐增加,其中潜水埋藏深度低于3 m的面积将随着开采的实施逐渐减少,而埋藏深度3 m～5 m以及大于10 m的面积逐渐扩大；由数据显示方案二～方案四中随着开采量增加而埋藏深度降低的情况均低于方案一,并且均低于3.2 m防治土壤盐碱化的生态水位上限,但方案二水位变幅最小,可满足地下水采补基本平衡和需水要求的基础上保证开采量最小,因此,方案二为最佳方案。